【正文】 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 42 頁 引 言 電子時(shí)鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚奈锲?，廣泛用于家庭以及車站、碼頭、劇院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來了極大的方便。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們已不再滿足于鐘表原先簡單的計(jì)時(shí)功能，希望出現(xiàn)一些新的功能，諸如日歷的顯示、鬧鐘的應(yīng)用等，以帶來更大的方便。因此，研究實(shí)用電子時(shí)鐘及其擴(kuò)展應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義，具有很大的實(shí)用價(jià)值。 由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，現(xiàn)代電子時(shí)鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、制作維修簡單等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)鐘表的許多不足之處。我們利用單片 機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)制作的電子萬年歷 , 可以很方便的由軟件編程進(jìn)行功能的調(diào)整和改進(jìn) ,使其在能夠準(zhǔn)確顯示年、月、日、時(shí)間、星期的同時(shí) ,還能具有很多其他的功能。如設(shè)定鬧鐘、重要節(jié)日的顯示等，有一定的新穎性和實(shí)用性，同時(shí)體積小、計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，使用也更為方便，具有技術(shù)更新周期短、成本低、開放靈活等優(yōu)點(diǎn)。 單片機(jī)自 1976 年由 Intel 公司推出 MCS48 開始，迄今已有二十多年了。由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為” 。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、 PC 機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。 其應(yīng)用于儀器儀表中顯得更為優(yōu)越。以單片機(jī)制成的電子時(shí)鐘具有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，功耗低的優(yōu)點(diǎn)。從而得到了各界領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。單片機(jī)正處在微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，向高速，強(qiáng)運(yùn)算能力，尋址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。單片機(jī)的發(fā)展推動了應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展又反過來對單片機(jī)提出了更高要求，從而促進(jìn)單片機(jī)的發(fā)展。單片機(jī)正向著功能更強(qiáng)，速度更快，功耗更低， 輻射更小的方向發(fā)展。隨著集成度的不斷提高，把眾多的外圍功能器件集成在片內(nèi)已經(jīng)具備了充分的條件。這也是單片機(jī)以后發(fā)展的重要趨勢。 AT89S52 是美國 Atmel 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8KB 的可反復(fù)檫寫的程序存儲器和 256B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的 AT89S52 單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 美國 DALLAS 公司推出的低功 耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS12C887。它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，而且 DS12C887 的使用壽命長，誤差小。對于數(shù)字電子萬年歷采用直觀的數(shù)字顯示，可以同時(shí)顯示年、月、日、周日、時(shí)、分、秒和溫度等信息，還具有時(shí)間 校準(zhǔn) 等 功能 。該電路采用 AT89S52 單片機(jī)作為核心，功耗小，能在 3V 的低壓工作，電壓可選用 3～5V 電壓供電。 本文通過對一個(gè)基于單片機(jī)的能實(shí)現(xiàn)萬年歷功能電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到學(xué)習(xí)、了解單片機(jī)相關(guān)指令在各方面的應(yīng)用。系統(tǒng)由主控制器 AT89S5時(shí)鐘電路 DS12C88 數(shù)字式溫度傳感器DS18B 點(diǎn)陣式 LCD12863 顯示電路、按鍵電路等部分構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘日歷顯示，能進(jìn)行時(shí)、分、秒的顯示 ,重要節(jié)日的顯示等功能 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 42 頁 1 設(shè)計(jì)要求與方案論證 設(shè)計(jì)要求 ① 具備年、月、日、星期、時(shí)、分、秒等功能； ② 時(shí)間與陽歷能夠自動關(guān)聯(lián)； ③ 具備溫度計(jì)量與重要節(jié)日顯示功能； ④ 具備年、月、日、星期、時(shí)、分、秒校準(zhǔn)功能。 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證 方案一： 采用 89C51 芯片作為硬件核心，采用 Flash ROM，內(nèi)部 具有 4KB ROM 存儲空間 ,能以 3V 的超低壓工作 ,而且與 MCS51系列單片機(jī)完全兼容 ,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備 ISP在線編程技術(shù) , 當(dāng)對電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。 方案二： 采用 AT89S52,片內(nèi) ROM 全都采用 Flash ROM；能以 3V 的超低壓工作；同時(shí)也與 MCS51 系列單片機(jī)完全該芯片內(nèi)部存儲器為 8KB ROM 存儲空間，同樣具有 89C51 的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)對電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤 修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對芯片多次拔插，由此不會對芯片造成損壞。所以選擇采用 AT89S52 作為主控制系統(tǒng)。 顯示模塊選擇方案和論證 方案一： 采用 LED數(shù)碼管動態(tài)掃描 ,LED數(shù)碼管價(jià)格適中 ,對于顯示數(shù)字合適 ,而且采用動態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí) ,占用的單片機(jī)口線少。但 LED 數(shù)碼管不能顯示漢字且連線復(fù)雜，所以此設(shè)計(jì)不采用 LED 數(shù)碼管作為顯示。 方案二： 采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字也比較適合 ,但線路連接相當(dāng)復(fù)雜 ,所以也不用點(diǎn) 陣式數(shù)碼管作為顯示。 方案三： 采用點(diǎn)陣式 LCD12864顯示 ,點(diǎn)陣式 LCD12864的顯示功能強(qiáng)大 ,可顯示大量文字 ,圖形 ,顯示多樣 ,清晰可見 ,且線路連接方便 ,所以在此設(shè)計(jì)中采用點(diǎn)陣式 LCD12864。 時(shí)鐘芯片的選擇方案和論證 方案一： 直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大。所以不采用此方案。 方案二： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 42 頁 采用 DS12C887 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘， DS12C887 芯片是一種高性能 的時(shí)鐘芯片，可自動對秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高 ,位的 RAM 做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓～ 范圍內(nèi)， 時(shí)耗電小于 300Na。 溫度傳感器的選擇方案與論證 方案一： 使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個(gè)相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個(gè)電阻變化的分壓值，并進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。此設(shè)計(jì)方案需用 A/D 轉(zhuǎn)換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差。 方案二： 采用數(shù)字式溫度 傳感器 DS18B20，此類傳感器為數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機(jī)連接，可以去除 A/D 模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。 電路設(shè)計(jì)最終方案決定 綜上各方案所述 ,對此次作品的方案選定 : 采用 AT89S52 作為主控制系統(tǒng)；時(shí)鐘芯片 DS12C887提供時(shí)鐘計(jì)數(shù)；點(diǎn)陣式 LCD12864 為顯示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 42 頁 2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 電路設(shè)計(jì)框圖 圖 電路設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)硬件概述 本電路是由 AT89S52 單片機(jī)為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在 3V 超低壓工作；時(shí)鐘電路由 DS12887 提供，它是一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。 DS12C887內(nèi)部有一個(gè) 31*8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)具有掉電自動保存功能；顯示部份由液晶顯示屏 12864 構(gòu)成。 主要單元電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì) AT89S52 單片機(jī)為 40 引腳雙列直插芯片 ,有四個(gè) I/O 口 P0、 P P P3, MCS51 單片機(jī)共有 4個(gè) 8 位的 I/O 口（ P0、 P P P3），每一條 I/O 線都能獨(dú)立地作輸出或輸入。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖 ,18引腳和 19引腳接時(shí)鐘電路 ,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端 ,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入 ,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的 另一端 ,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出。第 9 引腳為復(fù)位輸入端 ,接上電容 ,電阻及開關(guān)后夠上電復(fù)位電路 ,20 引腳為接地端 ,40 引腳為電源端。 圖 主 控制系統(tǒng) AT89S52 主 控制模塊 DS12C887 時(shí)鐘模塊 點(diǎn)陣式 LCD12864顯示模塊 模鍵盤塊 溫度采集模塊 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 42 頁 時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì) 圖 示出 DS12887 的引腳排列， GND、 VCC：直流電源，其中 VCC 接 +5V 輸入， GND 接地，當(dāng) VCC 輸入為 +5V 時(shí)，用戶可以訪問 DS12C887 內(nèi) RAM 中的數(shù)據(jù)，并可對其進(jìn)行讀、寫操作；當(dāng) VCC 的輸入小于 + 時(shí)，禁止用戶對內(nèi)部 RAM 進(jìn)行讀、寫操作，此時(shí)用戶不能正確獲取芯片內(nèi)的時(shí)間信息；當(dāng) VCC 的輸入小于 +3V 時(shí)， DS12C887 會自動將電源發(fā)換到內(nèi)部自帶的鋰電池上，以保證內(nèi)部的電路能夠正常工作。 MOT 是 模式選擇腳 ，接地選用 Intel 模式。 AD0～ AD7 是 復(fù)用地址數(shù)據(jù)總線， 與單片機(jī) P0 口連接。 CS 是 片選輸入，低電平有效。 圖 DS12C887 的引腳圖 溫度采集模塊設(shè)計(jì) 如圖 所示。采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測量精度高，電路連接簡單特點(diǎn)，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用 口與 DS18B20 的 I/O 口連接加一個(gè)上拉電阻 ,Vcc 接電源 ,Vss 接地。 圖 DS18B20 溫度采集 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 42 頁 電路原理及說明 (1) 時(shí)鐘芯片 DS12C887 的工作原理 DS12C887 能夠自動產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息，其內(nèi)部又增加了世紀(jì)寄存器，從而利用硬件電路解決子 “ 千年 ” 問題； DS12C887 中自帶有鋰電池，外部掉電時(shí)，其內(nèi)部時(shí)間信息還能夠保持 10 年之久；對于一天內(nèi)的時(shí)間記錄，有 12 小時(shí)制和 24 小時(shí)制兩種模式。在12 小時(shí)制模式中，用 AM和 PM 區(qū)分上午和下午；時(shí)間的表 示方法也有兩種，一種用二進(jìn)制數(shù)表示，一種是用 BCD 碼表示； DS12C887 中帶有 128 字節(jié) RAM，其中有 11 字節(jié) RAM 用來存儲時(shí)間信息， 4 字節(jié) RAM 用來存儲 DS12C887 的控制信息，稱為控制寄存器， 113 字節(jié)通用 RAM 使用戶使用；此外用戶還可對 DS12C887 進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)多種方波輸出，并可對其內(nèi)部的三路中斷通過軟件進(jìn)行屏蔽。 (2) DS12C88 的引腳功能 GND、 VCC：直流 電源，其中 VCC 接 +5V 輸入， GND 接地 ； MOT：模式選擇腳，接 GND 選用的是Intel 模式 ； AD0～ AD7：復(fù)用地址數(shù)據(jù)總線， 與 P0 口相連接； IRQ：中斷請求輸入，低電平有效，與外部中斷 INT0 連接； DS/RD：數(shù)據(jù)選擇或讀輸入腳， 與 P17 口連接； R/W：讀 /寫輸入端， 與 P16口相連接； AS：地址選通輸入腳， 與 P15 口連接； CS：片選輸入，低電平有效 ，與 P14 口連接 . (3) DS12C887 的存儲功能 表 DS12C887 的存儲功能 地址 功能 取值范圍十進(jìn)制數(shù) 取值范圍 二進(jìn)制 BCD 碼 0 秒 0～ 59 00～ 3B 00～ 59 1 秒鬧鐘 0～ 59 00～ 3B 00～ 59 2 分 0～ 59 00～ 3B 00～ 59 3 分鬧鐘 0～ 59 00～ 3B 00～ 59 4 12 小時(shí)模式 0～ 12 01～ 0C AM， 81～ 8C PM 01～ 12AM， 81～ 92PM 24 小時(shí)模式 0～ 23 00～ 17 00～ 23 5 時(shí)鬧鐘， 12 小時(shí)制 1～ 12 01～ 0C AM， 81～ 8C PM 01～ 12AM， 81～ 92PM 時(shí)鬧鐘， 24 小時(shí)制 0～ 23 00～ 17 00～ 23 6 星期幾（星期天 =1） 1～ 7 01～ 07 01～ 07 7 日 1～ 31 01～ 1F 01～ 31 8 月 1～ 12 01～ 0C 01～ 12